DE975712C - Verfahren zur Herstellung von aromatischen Polycarbonsaeuren oder deren Estern durch Oxydation von Alkylaromaten - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von aromatischen Polycarbonsaeuren oder deren Estern durch Oxydation von Alkylaromaten

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DE975712C
DE975712C DEI4471A DEI0004471A DE975712C DE 975712 C DE975712 C DE 975712C DE I4471 A DEI4471 A DE I4471A DE I0004471 A DEI0004471 A DE I0004471A DE 975712 C DE975712 C DE 975712C
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DE
Germany
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oxidation
mixture
esters
acid
alkyl aromatics
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DEI4471A
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Ewald Dipl-Chem Katzschmann
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Chemische Werke Witten GmbH
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Chemische Werke Witten GmbH
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/16Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
    • C07C51/21Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen
    • C07C51/255Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of compounds containing six-membered aromatic rings without ring-splitting
    • C07C51/265Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of compounds containing six-membered aromatic rings without ring-splitting having alkyl side chains which are oxidised to carboxyl groups

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Description

  • Verfahren zur Herstellung von aromatischen Polycarbonsäuren oder deren Estern durch Oxydation von Alkylaromaten Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von aromatischen Polycarbonsäuren oder deren Estern durch Oxydation von Alkylaromaten mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen in flüssiger Phase, gegebenenfalls unter Druck und vorteilhaft in Gegenwart von Katalysatoren, das darin besteht, daß man die bei der Oxydation auftretenden Zwischenprodukte in ihre Amide, Anhydride oder Bleisalze und bei der Oxydation von anderen Alkylaromaten als Xylolen in ihre Ester überführt und diese für sich oder zusammen mit dem Ausgangsmaterial und bzw. oder mit dem Gemisch, in dem sie während der Oxydation aufgetreten sind, weiteroxydiert.
  • Die neue Arbeitsweise läßt sich nicht nur bei den verschiedenen Methylbenzolen, wie den Xylolen, Mesitylen, Pseudocumol, Durol u. a., anwenden, sondern auch bei Alkylaromaten mit längeren Alkylketten, wie z. B. den Methyläthylbenzolen oder Cymolen, sowie alkylierten, mehrkernigen Aromaten, wie Naphthalin, Diphenyl und Anthracen.
  • Die Überführung von schwer weiteroxydierbaren Oxydationszwischenprodukten in leichter oxydierbare funktionelle Derivate kann gegebenenfalls auch wiederholt vorgenommen werden; so können bei der Oxydation von Polyalkylaromaten auftretende Alkylmonocarbonsäuren verestert und diese zu Alkyldicarbonsäuremonoestern oxydiert werden, worauf man diese zu Alkyldicarbonsäureestern verestert und diese zu gegebenenfalls noch Alkylgruppen enthaltenden, aromatischen Tricarbonsäurediestern weiteroxydiert.
  • Die Überführung der schwer oxydierbaren Zwischenprodukte in die leichter oxydierbaren funktionellen Derivate erfolgt zweckmäßig, bevor ihre Konzentration in dem Reaktionsgemisch so angestiegen ist, daß die Geschwindigkeit der Sauerstoffaufnahme merklich abgesunken ist. Es ist grundsätzlich ohne Bedeutung, ob die Überführung der schwer oxydierbaren Zwischenprodukte in ihre leichter oxydierbaren funktionellen Derivate nach ihrer völligen oder teilweisen Abtrennung von den übrigen Komponenten des Reaktionsgemisches oder in ihrer Gegenwart erfolgt; die im Einzelfall zweckmäßigste Arbeitsweise ist durch einen einfachen Versuch leicht zu ermitteln.
  • Besonders zweckmäßig ist es, aus dem Reaktionsgemisch oder einem Teil davon kontinuierlich oder in kurzen Zeitabständen die schwer oxydierbaren Zwischenprodukte zu entfernen oder sie in ihm in leichter oxydierbare Derivate iiberzuführen und verbrauchtes Ausgangsmaterial zu ergänzen sowie etwaige Oxydationsprodukte derart zu entfernen, daß die Zusammensetzung des Reaktionsgemisches und damit die Reaktionsgeschwindigkeit im wesentlichen konstant bleibt.
  • Auf die erfindungsgemäße Weise gelingt es, Polyalkylaromaten glatt in die entsprechenden Polycarbonsäuren überzuführen.
  • Beispiel I I000 g in an sich bekannter Weise durch Umsetzung von m-Toluylsäure mit Essigsäureanhydrid hergestelltes m-Toluylsäureanhydrid werden in Gegenwart von 2 g Kobaltsalz der Fettsäuren mit 4 bis 9-C-Atomen (Verlauffettsäuren) bei 1400 C mit 2 1 Luft je Minute 24 Stunden oxydiert. Die erhaltenen 1035 g Oxydationsgemisch werden mit Kalilauge verseift und die Säuren durch Ansäuern in Freiheit gesetzt. Nach dem Trocknen wird das gewonnene Säuregemisch in der Wärme mit 6 1 Benzol extrahiert, dabei bleiben 98 g Isophthalsäure (F. 3440 C, SZ=669) ungelöst zurück.
  • Werden unter gleichen Bedingungen I000 g freie m-Toluylsäure 48 Stunden mit Luft behandelt, so erhält man bei der beschriebenen Aufarbeitung nur I2 g Isophthalsäure.
  • Beispiel 2 I000 g aus p-Toluylsäure durch Umsetzen mit Essigsäureanhydrid hergestelltes p-Toluylsäureanhydrid werden in Gegenwart von 2 g vorlauffettsaurem Kobalt mit I,5 1 Luft je Minute 42 Stunden bei I25 O C oxydiert, wobei 1075 g Oxydationsgemisch erhalten werden. Es wird mit I500 g Methanol unter Zusatz von 33 g H2 S 04 45 Stunden unter Rückfluß zum Sieden erhitzt. Aus der erhaltenen methanolischen Lösung scheiden sich 95 g Terephthalsäuredimethylester ab, die nach einmaligem Umkristallisieren aus Methanol praktisch rein sind, wie die Kennziffer SZ=I,2, VZ=573, F. I400 C zeigen. p-Toluylsäure selbst läßt sich wegen des Schmelzpunktes von IOO° C nicht unter diesen Bedingungen oxydieren.
  • Beispiel 3 IOOO g durch Umsetzung von m-toluylsaurem Kalium mit Bleiacetat hergestelltes m-toluylsaures Blei werden 45 Stunden bei I800 C mit 1,5 1 Luft je Minute oxydiert. Das Oxydationsgemisch wird mit 750 g K OH in 3,8 1 Äthylalkohol in der Siedehitze behandelt, vom Bleioxyd abfiltriert und das Filtrat vom Alkohol befreit, mit Wasser verdünnt, filtriert und mit Salzsäure angesäuert, wobei 550 g Säuren ausfallen. Das Säuregemisch wird mit 3 1 Benzol in der Siedehitze extrahiert, wobei 30 g Isophthalsäure ungelöst zurückbleiben, d. h. 5,5 °/o, bezogen auf das aus dem Oxydationsgemisch isolierte Säuregemisch.
  • Werden IOOO g m-Toluylsäure mit 0,20/0 vorlauffettsaurem Kobalt 48 Stunden mit 2 1 Luft je Minute bei I400 C oxydiert, so werden nur I2 g= I,2 0/( Isophthalsäure bei gleicher Aufarbeitung gewonnen.
  • Beispiel 4 5500 g Pseudocumol werden in Gegenwart von II g vorlauffettsaurem Kobalt bei I400 C unter Durchleiten von 8,25 1 Luft je Minute 96 Stunden oxydiert. Die Gesamtausbeute an Oxydationsgemisch beträgt 5957 g. Das Oxydationsgemisch besaß folgende Kennzahlen: SZ = 95, Dz = 175.
  • 5942 g des Oxydationsgemisches werden zur Abtrennung des unveränderten Pseudocumols der Destillation unterworfen. Der Destillationsrückstand (3550 g) wird mit der gleichen Menge Methanol in Gegenwart von 7I g konzentrierter Schwefelsäure veresterst, wobei 3775 g Estergemisch erhalten werden. Das Estergemisch wird destilliert. Als Hauptfraktion, die bei IOO bis I280 C/II mm siedet, werden 2860g erhalten. Destillationsverlauf und -rückstand werden gemeinsam mit frischem Pseudocumol der erneuten Oxydation zugeführt.
  • IOOOg der Hauptfraktion des Esters mit einer SZ=4,8 und VZ=275 werden in Gegenwart von 2 g vorlauffettsaurem Kobalt bei 1250 c unter Durchleiten von 2 1 Luft je Minute 51 Stunden oxydiert. Die Kennzahlen des Oxydationsproduktes sind: SZ=IOO, VZ=4IO. Die Gesamtausbeute beträgt 1040g.
  • 973 g dieses Oxydationsgemisches werden wieder, wie im ersten Teil dieses Beispiels beschrieben, mit Methanol verestert, wobei 995 g Estergemisch mit einer Säurezahl=II und einer VZ=388 erhalten werden.
  • 992 g dieses Estergemisches wurden unter den eben genannten Bedingungen 66 Stunden oxydiert.
  • Es werden Io39 g Oxydationsgemisch erhalten mit folgenden Kennzahlen: SZ=250, Dz 630.
  • 1002 g dieses Oxydationsgemisches werden wieder in derselben Weise verestert, wobei Iog7 g E stergemisch mit der SZ = 23 und der VZ = 532 anfallen.
  • IOOO g dieses Esters werden wieder wie üblich oxydiert. Nach 48 Stunden Oxydationsdauer beträgt die Säurezahl=Ito und die VZ=660. Die Gesamtausbeute beträgt in diesem Falle 985 g.
  • 966 g des Oxydationsgemisches werden mit Methanol wie üblich verestert und dabei 1045 g Estergemisch erhalten mit den Kentlzahlen: SZ = 23, VZ=593.
  • Das Estergemisch wird mit Lauge und Wasser gewaschen, getrocknet und dann fraktioniert destilliert. Dabei werden als Hauptfraktion 540 g eines bei I90 bis I950 C/5 mm siedenden Produktes erhalten, das nach den Kennzahlen So = 2, und VZ 665 Trimellithsäuretrimethylester ist, der eine theoretische Verseifungszahl = 669 besitzt.
  • Der Vorlauf und Rückstand der Destillation werden zur erneuten Oxydation eingesetzt.
  • Beispiel 5 Sogp-Toluylsäureamid (F. 159,50 C; N=IO,4°/O, berechnet IO,38°/o) wurden in Gegenwart von 0,2 g vorlauffettsaurem Kobalt (Säurevorlauf der Kokosfettsäuren) bei 2000 C unter Durchleiten von 1 1 Luft je Minute oxydiert. Anfangs trat Sublimation auf. Sobald aber etwas p-Tolunitril, das als Zwischenprodukt entsteht, destillierte, unterblieb die Sublimation. Nach 20 Stunden werden 39 g p-Tolunitril mit einem Stickstoffgehalt von II,30/o und einem Schmelzpunkt von 260 C erhalten (die berechneten Werte sind für Stickstoff=II.g7O/o und F. nach Lit.=290C). Die Oxydation wurde weitergeführt unter Nachfüllung von Toluylsäureamid und Ansammlung von Tolunitril in einer als Oxydationsgefäß ausgebildeten Vorlage, durch die die tolunitrilhaltige Abluft geleitet wird. Als Katalysator werden 0,20/0 vorlauffettsaures Kobalt verwendet. 39 g p-Tolunitril entsprechen 560/0 umgesetztem p-Toluylsäureamid. Nachdem auf die beschriebene Weise 234 g Tolunitril erhalten und oxydiert worden waren, wurde das Oxydationsgemisch (240 g) durch Destillation im Vakuum vom nicht mugesetzten Tolunitral befreit (150 g) und der Rückstand in methanolischer Lösung neutralisiert. Nach destillativer Abtrennung des Methanols wurde die wäßrige Phase ausgeäthert, über Kohle filtriert und mit verdünnter Salzsäure zersetzt.
  • So wurden noch 31 g Neutralanteile und 48 g p-Cyanbenzoesäure mit folgenden Kennzahlen erhalten: gefunden: SZ 382, Stickstoff 9,30/0, F 216 bis 2180 C; berechnet: SZ 381, Stickstoff 9,5 O/o, F 2140 C nach Lit.
  • Die Säure ist mit etwas Terephthalsäure vermischt, die als Methanolunlösliches abgetrennt werden kann. Die Überführung in reine Terephthalsäure erfolgt in bekannter Weise durch saure Verseifung. Die Oxydation des Amids kann auch unter Druck in einem Gefäß vorgenommen werden.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Herstellung von aromatischen Polycarbonsäuren oder deren Estern durch Oxydation von Alkylaromaten mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen in flüssiger Phase bei erhöhter Temperatur, gegebenenfalls unter Druck und vorteilhaft in Gegenwart von Katalysatoren, dadurch gekennzeichnet, daß man die bei der Oxydation auftretenden Zwischenprodukte in ihre Amide, Anhydride oder Bleisalze und die bei der Oxydation von anderen Alkylaromaten als Xylolen auftretenden Zwischenprodukte in ihre Ester überführt und diese für sich oder zusammen mit dem Ausgangsmaterial und bzw. oder mit dem Gemisch, in dem sie während der Oxydation aufgetreten sind, weiteroxydiert und die Oxydationsprodukte nach bekannten Methoden aufarbeitet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oxydationszwischenprodukte sowie die Oxydationsendprodukte in derart kurzen Zeitabständen, vorteilhaft kontinuierlich unter Ergänzung des verbrauchten Ausgangsmaterials mit einer gegebenenfalls vorgenommenen Rückführung des Oxydationsgemisches abtrennt, daß eine im wesentlichen gleichbleibende Zusammensetzung des Oxydationsgemisches gewährleistet wird.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Kritische Patentschrift Nr. 623 836; USA-Patentschriften Nr. 2 245 52S, 2497 sSg; »Industrial & Eng. Chemistry«, Bd. 24 (I932), S. IISÇ bis IIS6.
    In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 969 994.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2245528A (en) * 1938-10-18 1941-06-10 Du Pont Catalytic oxidation of alkyl substituted aromatic compounds
GB623836A (en) * 1947-05-09 1949-05-24 Cyril Henry Bowden Manufacture of terephthalic acid
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DE969994C (de) * 1951-04-14 1958-08-07 Imhausen & Co G M B H Verfahren zur Herstellung von Terephthalsaeureestern durch Oxydation von p-Xylol

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